劉旭光

（遼寧省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司，遼寧 沈陽110006）

三架嶺隧道位于國(guó)道集本線，是連接本溪市區(qū)與本溪滿族自治縣、桓仁滿族自治縣的重要交通節(jié)點(diǎn)。國(guó)道集本線為一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度60公里/小時(shí)。三架嶺隧道為分離式隧道，既有左幅隧道始建于二十世紀(jì)70年代，因維修加固，建筑限界受凈高限制只允許單車道居中行駛，無法滿足道路運(yùn)營(yíng)要求，擬對(duì)左幅隧道進(jìn)行新建。

新建左幅隧道位于現(xiàn)有上下行分離式隧道中間通過，本溪市端中線距原左幅隧道外邊緣18.26米，距原右幅隧道外邊緣38.27米；本溪縣端中線距原左幅隧道外邊緣159.40米，距右幅隧道外邊緣52.7米。隧道位于直線段，縱向坡度-1.0%，隧道總長(zhǎng)1057m，系越嶺長(zhǎng)隧道。新建左幅隧道與原隧道位置關(guān)系見圖1。

圖1 新建左幅隧道與原隧道位置關(guān)系示意圖

新建隧道設(shè)置車行橫通道1處，橫通道長(zhǎng)度為50.77米，與右幅隧道交叉角度為119°。設(shè)置人行橫通道2處，人行橫通道長(zhǎng)度分別為39.74米和48.0米。新建車行、人行橫通道需要對(duì)原右幅隧道襯砌結(jié)構(gòu)、電纜槽和防排水等結(jié)構(gòu)及設(shè)施進(jìn)行鑿除和修補(bǔ)。由于在原右幅隧道襯砌上開槽，施工中存在對(duì)原襯砌結(jié)構(gòu)破壞和較大擾動(dòng)的可能性，以及防水板接觸不嚴(yán)產(chǎn)生滲漏水等病害。為保證隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及附屬結(jié)構(gòu)的有效性，制定了相應(yīng)橫通道與原有右幅隧道交叉點(diǎn)處的處理方案。

1 交叉點(diǎn)數(shù)值模擬研究

橫通道與既有隧道交點(diǎn)位置應(yīng)力分布較為復(fù)雜，為研究其應(yīng)力、應(yīng)力集中分布規(guī)律及其在圍巖中發(fā)展變化規(guī)律，數(shù)值模擬過程中，模型邊界均選取大于5倍隧道半徑建立。巖石單元類型取為SOLID65單元，該單元能夠模擬巖石等脆性材料的壓碎和拉裂。數(shù)值模擬分析按應(yīng)力邊界條件進(jìn)行模擬計(jì)算，模型底部鉛垂方向邊界條件為豎直約束，模型頂部邊界條件為上覆巖層自重應(yīng)力（P=r*h，其中h=400m），交叉點(diǎn)平面圖如圖2所示。

圖2 交叉點(diǎn)平面

1.1 應(yīng)力集中系數(shù)分析

應(yīng)力集中是指地下硐室開挖后，周邊不做加固處理情況下，其法向和切向應(yīng)力均趨近于零，而周向應(yīng)力則突然增大，即地下硐室次生應(yīng)力高于原巖應(yīng)力的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中程度采用應(yīng)力集中系數(shù)（K）來表示，其關(guān)系式如下：

式中：P0為原巖應(yīng)力；P1為次生應(yīng)力。

由上述關(guān)系式可知應(yīng)力集中系數(shù)越高，說明隧道次生應(yīng)力高于原巖應(yīng)力幅度越大，開挖后隧道越容易由于應(yīng)力過大而發(fā)生失穩(wěn)破壞，即穩(wěn)定性就越差。

1.2 既有右幅隧道

通過數(shù)值模擬計(jì)算，由數(shù)據(jù)處理得到交叉點(diǎn)隧道頂板應(yīng)力集中系數(shù)隨距離變化的演化規(guī)律，詳見圖3所示：

圖3 頂板應(yīng)力集中系數(shù)

圖3可以看出隧道交叉點(diǎn)開掘?qū)敯宓膽?yīng)力集中系數(shù)影響不明顯，開挖前后應(yīng)力集中系數(shù)相差不大，在交叉點(diǎn)處應(yīng)力集中系數(shù)大約為1.1。

因此，隧道交叉點(diǎn)支護(hù)過程中，要對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)較高部位進(jìn)行重點(diǎn)支護(hù)，特別對(duì)交叉點(diǎn)的銳角側(cè)。對(duì)交叉點(diǎn)應(yīng)力集中較嚴(yán)重部位進(jìn)行圓弧（角）處理或者布設(shè)卸壓孔等處理方式，一定程度上可以減小隧道交叉點(diǎn)應(yīng)力集中程度，保證隧道交叉點(diǎn)圍巖的穩(wěn)定性。

1.3 橫通道

通過上述數(shù)值模擬計(jì)算，由數(shù)據(jù)處理得到交叉點(diǎn)橫通道頂板應(yīng)力集中系數(shù)隨距離變化的變化規(guī)律，詳見圖4所示：

圖4 頂板應(yīng)力集中系數(shù)

圖4可以看出，隧道交叉點(diǎn)處橫通道頂板的應(yīng)力集中系數(shù)（分別為1.26和1.20）略高于其他部位的應(yīng)力集中系數(shù)，且應(yīng)力集中系數(shù)隨著遠(yuǎn)離交叉點(diǎn)而逐漸變小，最終趨于平緩。

因此，在對(duì)橫通道交叉點(diǎn)施工過程中，要對(duì)隧道關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)支護(hù)，特別是隧道交叉點(diǎn)銳角側(cè)。同時(shí)應(yīng)對(duì)隧道交叉點(diǎn)處進(jìn)行必要圓?。ń牵┨幚砘虿荚O(shè)卸壓孔等措施，減小隧道應(yīng)力集中程度，防止隧道局部破壞而導(dǎo)致失穩(wěn)。

2 開挖控制方案

新建隧道本溪市端進(jìn)洞310米范圍距離既有左、右幅隧道較近，特別是距離左幅隧道為18.26米。橫通道施工應(yīng)嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)，爆破振動(dòng)速度不大于10cm/s。同時(shí)應(yīng)采用預(yù)裂爆破手段，嚴(yán)格控制裝藥量和鉆孔深度，并監(jiān)測(cè)既有右幅隧道爆破振動(dòng)速度、襯砌結(jié)構(gòu)及防排水措施的有效性，減少對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)及圍巖擾動(dòng)，保證既有隧道的安全穩(wěn)定。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)尺長(zhǎng)度，做到精細(xì)化施工，及時(shí)施作防排水系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)，并做好監(jiān)控量測(cè)工作，保證交叉點(diǎn)處圍巖穩(wěn)定。橫通道施工靠近原右幅隧道時(shí)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行封閉交通，制定相應(yīng)繞行方案。

3 鑿除及加固方案

（1）從新建左幅隧道向既有右幅隧道掘進(jìn)過程中，距離右幅隧道襯砌結(jié)構(gòu)背面5m處應(yīng)停止開挖，并及時(shí)對(duì)掌子面附近的橫通道噴射混凝土封閉圍巖，保證已完成段橫通道的安全穩(wěn)定。重點(diǎn)關(guān)注及監(jiān)測(cè)交叉點(diǎn)應(yīng)力集中較大位置，采用圓弧處理，并打設(shè)泄壓孔，減少應(yīng)力集中影響。

（2）在橫通道掌子面周邊打設(shè)注φ45注漿小導(dǎo)管，并注1∶1水泥水玻璃雙液漿，加固圍巖，防止施工時(shí)出現(xiàn)塌方或圍巖大變形。

（3）待圍巖穩(wěn)定后，采用切割機(jī)沿橫通道洞門邊緣向外擴(kuò)20cm范圍進(jìn)行環(huán)向切割并破除二次襯砌。鑿除二襯混凝土后，對(duì)原有防水板進(jìn)行切割，并至少保證30cm焊接長(zhǎng)度，然后進(jìn)行初期支護(hù)混凝土鑿除。待上述工序完畢后，采用 “短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、早支護(hù)” 的原則，進(jìn)行圍巖掘進(jìn)施工。

（4）由既有右幅隧道沿橫通道軸線方向進(jìn)行掘進(jìn)施工，掘進(jìn)采用鉆爆法，嚴(yán)格控制和優(yōu)化爆破方案，采用預(yù)裂爆破方法，每循環(huán)進(jìn)尺不超過0.6米，并及時(shí)噴射混凝土封閉圍巖，加強(qiáng)右幅隧道的沉降和變形等觀測(cè)。

（5）橫通道與既有右幅隧道交叉處設(shè)置鋼拱架進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)措施，掘進(jìn)長(zhǎng)度滿足架設(shè)拱架條件后及時(shí)施作。人行橫通道共設(shè)置2榀I16鋼拱架，鋼拱架縱向間距1米；車行橫通道共設(shè)置5榀I16鋼拱架，鋼拱架縱向間距1米。

（6）拱架施作完畢后，進(jìn)行襯砌混凝土施工。

4 防排水方案

隧道防排水應(yīng)當(dāng)遵循 “防、排、堵、截結(jié)合，因地制宜，綜合治理” 的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營(yíng)設(shè)備正常使用和行車安全。隧道建成后，應(yīng)滿足拱部、邊墻、路面、設(shè)備箱洞不滲水，隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)，車行橫通道、人行橫通道拱部不滴水，邊墻不淌水。對(duì)于新建隧道比較容易實(shí)施，但由于車行橫通道和人行橫通道是和原有隧道連接，故交叉點(diǎn)處的防排水處理尤為重要，主要采取了下列措施：

（1）采用切割機(jī)先行對(duì)二次襯砌進(jìn)行切割，切割出臨空面后再逐步向周邊擴(kuò)展，保證橫通道周邊二次襯砌和防水板完好。

（2）橫通道防水板切割需保留至少30cm焊接長(zhǎng)度。采用焊接方式，搭接寬度為30cm。橫通道與既有右幅隧道連接處防水板搭接詳見圖5。如果施工中防水板有破損，應(yīng)進(jìn)行焊接縫補(bǔ)，保證防水效果滿足要求，避免運(yùn)管期間滲漏水事故發(fā)生。

圖5 車行橫通道與右線隧道連接處防水板搭接圖

（3）橫通道襯砌背后均設(shè)置了MF12的環(huán)向盲溝，邊墻底部設(shè)置φ100縱向排水管，通過環(huán)向盲溝將水引排至縱向排水管，由于原右幅隧道與橫通道相接處現(xiàn)場(chǎng)勘察無縱向排水管，為保證地下縱向排水順暢，在橫通道與原右幅隧道路面結(jié)合處設(shè)置鋼筋混凝土集水槽，將地表和地下水通過集水坑及隧道排水系統(tǒng)引排至隧道外。

（4）橫通道與既有右幅隧道相銜接處設(shè)置沉降縫，沉降縫排水措施采用背貼式止水帶和中埋式止水帶，并采用鋼筋卡固定，保證襯砌結(jié)構(gòu)施工縫不發(fā)生滲漏水事故。

5 過路電纜槽處理方案

既有右幅隧道電纜槽凈深度為52cm，蓋板厚度為8cm，電纜槽頂面高出路面厚度為25cm。因車行橫通道與原路面相接處應(yīng)保證順接（與原路高程一致），改建后電纜槽蓋板采用20cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其凈空為15cm，在距離電纜槽底面5cm處設(shè)置電纜托架，其上10cm空間內(nèi)放置電纜，可以不切斷和拆遷電纜。人行橫通道的電纜槽維持原右幅隧道的高度，高出路面25cm。

圖6 過路電纜槽處理方案

6 結(jié)語

通過數(shù)值模擬研究，對(duì)橫通道與既有隧道交叉點(diǎn)的設(shè)計(jì)、施工方案提供理論依據(jù)，并對(duì)施工關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。針對(duì)新建橫通道對(duì)既有隧道的影響，提出對(duì)既有隧道襯砌、附屬結(jié)構(gòu)設(shè)施的設(shè)計(jì)方案和施工措施。該隧道于2018年竣工，項(xiàng)目通過三年的運(yùn)營(yíng)，隧道總體運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，未發(fā)生襯砌裂縫、滲漏水等病害，取得較好的效果，為其他類似工程提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。